CN117855340A - 一种降低红外探测器盲元率的铟柱制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种降低红外探测器盲元率的铟柱制备方法，属于红外探测器制备技术领域；解决了已完成铟柱生长但是由于铟柱生长高度低、均匀性差、顶层宽度小等缺陷造成盲元的问题；包括如下步骤：对已经生长铟柱阵列的芯片表面的铟柱高度和形貌整体进行扫描，记录芯片上所有铟柱的坐标位置和高度、形貌；用匀胶机在芯片表面匀胶、光刻，以使铟柱无效像元区未被光刻胶覆盖、有效像元区域被光刻胶覆盖保护；在完成光刻工艺后的芯片正面生长一定高度的铟层；对完成铟柱生长的芯片的正面铟层以及光刻胶进行机械减薄；采用剥离、清洗工艺处理生长铟层后的芯片；本发明应用于红外探测器。

Description

一种降低红外探测器盲元率的铟柱制备方法

技术领域

本发明提供了一种降低红外探测器盲元率的铟柱制备方法，属于红外探测器制备技术领域。

背景技术

面阵红外焦平面探测器常规盲元可以分为三类：1、由于钝化不佳、PN结内部缺陷较多等引起的PN结性能不好、暗电流偏大的盲元；2、由于互连铟柱断路、与相邻像元短路或由高阻抗等引起的铟柱连通不佳的盲元；3、由于读出电路的设计、制造缺陷引起的盲元。其中由于铟柱高度不均匀存在缺陷是造成盲元的重要原因，高度偏小的铟柱倒焊互连后易造成盲元，并且当样片表面铟柱高度不均匀时，容易增加铟柱互连困难，故需要生长高度一致的铟柱以保证倒焊互连后铟柱的连通质量。

红外探测器的铟柱阵列通常用于将研制好的焦平面阵列芯片和读出电路阵列进行互连。铟柱起着连通探测器焦平面阵列芯片和读出电路使两者良好导通的作用；铟柱生长是经光刻后进行铟柱蒸镀、剥离生成。光刻通常采用负性光刻胶图形化后制备铟柱阵列，原因是如果胶层剖面呈“倒梯形”，则使得胶层侧壁上没有膜层或者膜层非常薄，从而使光刻胶层能较快地溶解，并且容易将其上面膜层剥离掉。随着红外探测器逐渐向小间距、高密度方向发展，传统的热增发结合剥离工艺并不能制备出足够高度和较好均匀性的铟柱阵列，不能满足后续倒装互连工艺的需求。以像元中心间距为10μm的红外器件为例，用传统热蒸发工艺生长铟柱，在生长的过程中随着时间增加光刻孔会被逐渐堵住。

在生长过程中，由于铟层存在光刻胶方向的横向生长，随着时间增加，铟柱顶层的直径越来越小。这种生长特性会随着铟柱设计CD的减小、铟柱目标高度的增加愈发明显，由此造成铟柱剥离之后的生长高度低、均匀性差、顶层宽度小等缺陷。且不论采用热蒸镀、电子束蒸镀、磁控溅射蒸镀还是离子束蒸镀的工艺，都无法避免铟层向光刻胶横向生长造成的顶锥特性。这种情况将严重影响后续探测器芯片和读出电路芯片的倒装互连工艺，经过后续剥离后铟凸点高度不能达到生长高度并且极其不均匀，给互连工艺增加了难度，由此也降低了互连合格率，难以保证两芯片良好的混成互连耦合效果。

发明内容

本发明为了解决已完成铟柱生长但是由于铟柱生长高度低、均匀性差、顶层宽度小等缺陷造成芯片盲元率高、形貌较差的问题，提出了一种降低红外探测器盲元率的铟柱制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种降低红外探测器盲元率的铟柱制备方法，包括如下步骤：

步骤S1：采用仪器对已经生长铟柱阵列的芯片表面的铟柱高度和形貌整体进行扫描，记录芯片上所有铟柱的坐标位置和高度、形貌，并根据扫描结果得到有效像元区和无效像元区；

步骤S2：用匀胶机在芯片表面匀胶，再通过光刻工艺在芯片上形成光刻胶阵列，以使步骤S1中铟柱无效像元区未被光刻胶覆盖、有效像元区域被光刻胶覆盖保护；

步骤S3：在完成光刻工艺后的芯片正面生长设定高度的铟层，其中生长的铟层高度需大于目标铟柱高度与无效像元区最低铟柱高度的差值；

步骤S4：对完成铟柱生长的芯片的正面铟层以及光刻胶进行机械减薄，直至接近光刻孔内目标铟柱高度；

步骤S5：采用剥离、清洗工艺处理生长铟层后的芯片，得到生长高度大、形貌好、均匀性一致的铟柱阵列。

芯片上的铟柱阵列能够替换成任意金属阵列。

步骤S3中铟层的生长方式为热蒸镀、电子束蒸镀、磁控溅射蒸镀或者离子束蒸镀工艺。

步骤S1中有效像元区的铟柱高度达到了目标铟柱高度，其中目标铟柱高度为6μm±3%，无效像元区包括低于目标铟柱的低高度铟柱和顶锥型铟柱。

步骤S2中选用NR9-6000PY负性光刻胶来形成光刻胶阵列，具体步骤如下：

将NR9-6000PY负性光刻胶均匀滴于芯片中心进行匀胶，以获得厚度9～10μm的光刻胶；

然后将匀胶后的芯片置于加热板上，将光刻胶的溶剂蒸干；使用紫外光刻机的接触模式利用掩模版对芯片的铟柱位置进行局部曝光以定义图形，并将局部曝光后的芯片置于加热板上固化底胶；

随后将经过曝光后的芯片置于用去离子水稀释过的四甲基氢氧化铵溶液中，显影，取出后置于去离子水中定影，然后取出用氮气吹干，此时在芯片上形成光刻胶阵列。

步骤S4中生长的铟层高度为4～6μm。

本发明相对于现有技术具备的有益效果为：本发明通过对铟柱形貌不达标的芯片铟柱扫描后，筛选出阵列表面生长较差的铟柱进行选择性光刻，对未到目标高度以及形貌较差的铟柱重新蒸镀，并采用机械减薄至铟柱的目标高度后剥离、清洗芯片，可将生长高度不达标以及形貌较差的铟柱转变为生长高度大、形貌好、均匀性一致的铟柱阵列，降低红外探测器的盲元率。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为经过本发明方法步骤S1扫描出的生长不均匀的铟柱阵列结构示意图；

图2为经过本发明方法步骤S2匀胶后的铟柱阵列结构示意图；

图3为经过本发明方法步骤S2光刻后的铟柱阵列结构示意图；

图4为经过本发明方法步骤S3铟柱蒸镀后的铟柱阵列结构示意图；

图5为经过本发明方法步骤S4机械减薄后的铟柱阵列结构示意图；

图6为经过本发明方法步骤S5剥离清洗后的铟柱阵列结构示意图；

图中：1为低高度铟柱、2为顶锥型铟柱、3为有效铟柱、4为光刻胶、5为铟层、6为减薄线。

具体实施方式

如图1至图6所示，本发明提供了一种降低红外探测器盲元率的铟柱制备方法，通过对铟柱生长高度不均匀的芯片上X、Y方向的铟柱连接点坐标化，随后进行高度、形貌的扫描和建模，统计出铟柱条件不满足倒焊工艺的像元具体坐标位置，并重新对其进行光刻和铟柱蒸镀，经减薄、剥离、清洗后能得到均匀性高、生长高度大的铟柱阵列，可使得铟柱形貌差、高度低的像元重新满足互连工艺条件，降低红外焦平面探测器整体的盲元率。主要步骤如下：

步骤S1：采用白光干涉轮廓仪对芯片表面的铟柱高度以及形貌整体进行扫描，记录所有铟柱的坐标位置和高度、形貌，将生长高度6μm（±3%）、表面平坦的像元区定义为有效像元区，将铟柱高度未到目标高度6μm（±3%）以及顶部未尖锥形的区域定义为无效像元区。如图1所示，有效像元区内均是符合要求的有效铟柱3，无效像元区包括不符合要求的低高度铟柱1和顶锥型铟柱2。

步骤S2：用匀胶机在芯片表面匀胶、光刻，以使步骤S1中铟柱无效像元区未被光刻胶覆盖、其他有效像元区域被光刻胶覆盖保护，经过步骤S2匀胶、光刻后的铟柱阵列的结构如图2、图3所示；选用NR9-6000PY负性光刻胶来形成光刻胶阵列，将NR9-6000PY负性光刻胶均匀滴于芯片中心，然后以300～800rpm运行3～5s，再以1000rpm运行30s进行匀胶，以获得厚度9～10μm的光刻胶4。然后将匀胶后的芯片置于加热板上，以120℃烘烤300s将光刻胶4的溶剂蒸干；使用紫外光刻机的接触模式(Hard)利用掩模版对芯片的铟柱位置进行局部曝光以定义图形，并将局部曝光后的芯片置于加热板上以110℃烘烤90s～120s，以固化底胶。随后将经过曝光后的芯片置于用去离子水稀释过的四甲基氢氧化铵(2.38％TMAH)溶液中，显影40s～80s，取出后置于去离子水中定影30s～60s，然后取出用氮气吹干，此时在芯片上形成光刻胶阵列。

步骤S3：在完成光刻工艺后的芯片正面蒸镀4～6μm高的铟层5，其中蒸镀的铟层5高度需大于目标铟柱高度与无效像元区最低铟柱高度的差值，其目的在于确保所有未到目标高度以及形貌较差的铟柱的高度得到完全弥补。如图4所示。

步骤S4：对完成铟柱生长的芯片的正面铟层5以及光刻胶4进行机械减薄，直至接近光刻孔内目标铟柱高度。其目的在于：将孔内高度较低铟柱超出目标高度的部分以及尖锥型的铟柱覆铟后的突出部分重新平坦化、均匀化；同时有助于提高剥离效果，降低铟柱的粘连性对上表面平坦度的破坏。如图5所示，通过设定减薄线6进行机械减薄。

步骤S5：采用剥离、清洗工艺处理生长铟层5后的芯片，得到生长高度大（高度为6μm±3%）、形貌好、均匀性一致的铟柱阵列，如图6所示。

本发明的方法具有以下优点：

1.可对已完成铟柱生长的芯片的无效像元区针对性选择光刻、镀铟，精确提高铟柱生长高度的控制效果，得到高度大、形貌好、均匀性一致的铟柱阵列，提高芯片的良品率，降低由缺陷问题导致的红外探测器盲元率高的问题；

2.通过机械减薄铟层5可将顶部尖锥形的铟料和高度较差的缺陷部分同时实现均匀化、平坦化，工艺简洁，不会对正常区域造成影响，同时有助于提高剥离、清洗效果。

本发明同样适用于提高铝和其他金属阵列的生长高度的均匀性；本发明中的铟生长方式由蒸镀工艺更换为电镀工艺同样适用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种降低红外探测器盲元率的铟柱制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤S1：采用仪器对已经生长铟柱阵列的芯片表面的铟柱高度和形貌整体进行扫描，记录芯片上所有铟柱的坐标位置和高度、形貌，并根据扫描结果得到有效像元区和无效像元区；

步骤S2：用匀胶机在芯片表面匀胶，再通过光刻工艺在芯片上形成光刻胶阵列，以使步骤S1中铟柱无效像元区未被光刻胶覆盖、有效像元区域被光刻胶覆盖保护；

步骤S3：在完成光刻工艺后的芯片正面生长设定高度的铟层，其中生长的铟层高度需大于目标铟柱高度与无效像元区最低铟柱高度的差值；

步骤S4：对完成铟柱生长的芯片的正面铟层以及光刻胶进行机械减薄，直至接近光刻孔内目标铟柱高度；

步骤S5：采用剥离、清洗工艺处理生长铟层后的芯片，得到生长高度大、形貌好、均匀性一致的铟柱阵列。

2.根据权利要求1所述的一种降低红外探测器盲元率的铟柱制备方法，其特征在于：芯片上的铟柱阵列能够替换成任意金属阵列。

3.根据权利要求1所述的一种降低红外探测器盲元率的铟柱制备方法，其特征在于：步骤S3中铟层的生长方式为热蒸镀、电子束蒸镀、磁控溅射蒸镀或者离子束蒸镀工艺。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种降低红外探测器盲元率的铟柱制备方法，其特征在于：步骤S1中有效像元区的铟柱高度达到了目标铟柱高度，其中目标铟柱高度为6μm±3%，无效像元区包括低于目标铟柱的低高度铟柱和顶锥型铟柱。

5.根据权利要求4所述的一种降低红外探测器盲元率的铟柱制备方法，其特征在于：步骤S2中选用NR9-6000PY负性光刻胶来形成光刻胶阵列，具体步骤如下：

将NR9-6000PY负性光刻胶均匀滴于芯片中心进行匀胶，以获得厚度9～10μm的光刻胶；

然后将匀胶后的芯片置于加热板上，将光刻胶的溶剂蒸干；使用紫外光刻机的接触模式利用掩模版对芯片的铟柱位置进行局部曝光以定义图形，并将局部曝光后的芯片置于加热板上固化底胶；

随后将经过曝光后的芯片置于用去离子水稀释过的四甲基氢氧化铵溶液中，显影，取出后置于去离子水中定影，然后取出用氮气吹干，此时在芯片上形成光刻胶阵列。

6.根据权利要求4所述的一种降低红外探测器盲元率的铟柱制备方法，其特征在于：步骤S4中生长的铟层高度为4～6μm。